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Un hydrogel révolutionnaire fusionne électronique et tissus vivants pour la médecine de demain

Un hydrogel révolutionnaire fusionne électronique et tissus vivants pour la médecine de demain

par Philippe Thepaut
1 novembre 2024
en Matériaux, Technologie

L’intégration la plus harmonieuse possible entre l’électronique et les tissus biologiques mobilise la communauté scientifique internationale depuis des décennies. La quête d’un matériau alliant la souplesse des tissus vivants aux capacités conductrices des composants électroniques a longtemps semblé irréalisable. Une équipe de chercheurs américains propose désormais une solution inattendue à cette équation complexe.

L’équipe dirigée par le Professeur assistant Sihong Wang à l’École Pritzker d’ingénierie moléculaire (PME) a développé un semi-conducteur sous forme d’hydrogel. Le matériau obtenu se présente sous la forme d’un gel bleuté dont les ondulations aquatiques rappellent les méduses, tout en maintenant les propriétés semi-conductrices indispensables à la transmission d’informations entre tissus vivants et machines.

Les caractéristiques techniques du matériau ont été minutieusement mesurées : un module tissulaire atteignant 81 kPa, une élasticité de 150% et une mobilité des porteurs de charge jusqu’à 1,4 cm2 V-1 s-1. «La création d’un dispositif aux propriétés mécaniques similaires aux tissus biologiques constitue un aspect fondamental pour les implants bioélectroniques» a affirmé Yahao Dai, auteur principal de l’étude.

Un protocole de fabrication révolutionnaire

La méthode traditionnelle de fabrication des hydrogels, fondée sur la dissolution de matériaux dans l’eau, s’est heurtée aux limites physiques des semi-conducteurs. Les chercheurs ont donc élaboré une approche alternative par échange de solvants. Le processus est initié par la dissolution des semi-conducteurs dans un solvant organique miscible avec l’eau, suivie de la préparation d’un organogel.

La métamorphose finale en hydrogel est réalisée par immersion dans l’eau, permettant l’échange entre le solvant organique et l’eau. Les applications de leur méthode s’étendent à différents types de semi-conducteurs polymères, multipliant ainsi les possibilités d’utilisation.

Les chercheurs du laboratoire du professeur adjoint Sihong Wang de la Pritzker School of Molecular Engineering de l’Université de Chicago ont mis au point un hydrogel qui conserve la capacité semi-conductrice nécessaire pour transmettre des informations entre un tissu vivant et une machine, ce qui peut être utilisé à la fois dans des dispositifs médicaux implantables et dans des applications non chirurgicales. L’article du laboratoire de Wang, publié le 24 octobre dans @ScienceMagazine, réimagine le processus de création d’hydrogels pour construire un puissant semi-conducteur sous forme d’hydrogel. Le résultat est un gel bleuté qui flotte comme une gelée de mer dans l’eau, mais qui conserve l’immense capacité semi-conductrice nécessaire pour transmettre des informations entre les tissus vivants et la machine.

Des applications thérapeutiques innovantes

Le nouveau matériau, dont le brevet a été déposé et la commercialisation initiée via le Centre Polsky pour l’entrepreneuriat et l’innovation de l’Université de Chicago, présente des propriétés biologiques exceptionnelles. Les réponses immunitaires et l’inflammation, traditionnellement associées aux implants médicaux, sont significativement atténuées.

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La structure poreuse caractéristique des hydrogels confère au matériau une sensibilité accrue pour la biodétection et une photo-modulation optimisée. Les interactions volumétriques avec les biomolécules multiplient les sites d’interaction pour la détection des biomarqueurs. Comme le souligne le professeur Wang : «L’association des propriétés crée un effet synergique dépassant la simple addition des caractéristiques individuelles».

Un semi-conducteur sous forme d'hydrogel de couleur bleu conçue par l'université de Chicago
Un semi-conducteur sous forme d’hydrogel de couleur bleu conçue par l’université de Chicago. Crédit : UChicago Pritzker School of Molecular Engineering / John Zich
Le professeur adjoint Sihong Wang (à droite) et l'étudiant en doctorat Yahao Dai, premier auteur du nouvel article, avec le semi-conducteur en hydrogel récemment mis au point par l'UChicago Pritzker School of Molecular Engineering.
Le professeur adjoint Sihong Wang (à droite) et l’étudiant en doctorat Yahao Dai, premier auteur du nouvel article, avec le semi-conducteur en hydrogel récemment mis au point par l’UChicago Pritzker School of Molecular Engineering. Crédit : UChicago Pritzker School of Molecular Engineering / John Zich

Les applications envisagées comprennent des stimulateurs cardiaques photosensibles et des pansements thérapeutiques activables par la lumière.

Légende illustration : Le nouveau matériau, à la fois semi-conducteur et hydrogel, remplit toutes les conditions d’une interface bioélectronique idéale. (Photo de John Zich)

Article : ‘Soft hydrogel semiconductors with augmented biointeractive functions’ / ( 10.1126/science.adp9314 ) – University of Chicago – Publication dans la revue Science

Tags: bioelectroniquehydrogelmedecinesemiconducteur
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